提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的實(shí)踐

任正奎（天津天鐵冶金集團(tuán)石礦，河北涉縣 056404）

提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的實(shí)踐

任正奎（天津天鐵冶金集團(tuán)石礦，河北涉縣 056404）

針對(duì)石礦回轉(zhuǎn)窯自生產(chǎn)以來(lái)窯內(nèi)襯使用壽命較短的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況，詳細(xì)地分析了制約窯內(nèi)襯使用壽命的種種因素。通過(guò)采取更換耐火材料、嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)、調(diào)整回轉(zhuǎn)窯風(fēng)氣配比等措施，使回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)襯的使用壽命大為提高，提高了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期目的。

回轉(zhuǎn)窯 內(nèi)襯 耐火材料 熱工制度 工藝 參數(shù)

1 前言

天鐵集團(tuán)石灰石礦（以下簡(jiǎn)稱石礦）2#回轉(zhuǎn)窯（以下稱回轉(zhuǎn)窯）于2008年6月點(diǎn)火生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，日產(chǎn)量達(dá)到700 t，質(zhì)量指標(biāo)能夠滿足熱軋、煉鋼等用戶的要求。但是由于種種原因，窯襯受到一定程度的破壞，窯襯耐火磚有15塊脫落，曾2次被迫停窯對(duì)窯體進(jìn)行砌筑修補(bǔ)。國(guó)內(nèi)同類型回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐材的使用壽命為1年，石礦回轉(zhuǎn)窯使用壽命已到年限，需要更換。為提高經(jīng)濟(jì)效益，確保熱軋、煉鋼等用戶的需求，決定更換耐材后對(duì)其進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，采取措施，提高窯內(nèi)襯的使用壽命。

2 窯的規(guī)格及內(nèi)襯耐火材料主要規(guī)格參數(shù)

回轉(zhuǎn)窯規(guī)格:?4.0 m×60 m；

生產(chǎn)能力：600 t/d；

熱耗：5 000 kJ/kg石灰；

燃料：焦?fàn)t煤氣；

焦?fàn)t煤氣熱值:14 630 kJ/m3；

煅燒石灰石粒級(jí)：20 mm～40 mm。

回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)襯耐火材料全部使用磷酸鹽復(fù)合磚，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 磷酸鹽復(fù)合磚性能指標(biāo)

3 制約因素及改進(jìn)措施

3.1 目前存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行情況的反復(fù)觀察，針對(duì)每小時(shí)回轉(zhuǎn)窯的工藝參數(shù)趨勢(shì)的分析，認(rèn)為窯內(nèi)襯使用壽命受以下因素的制約。

3.1.1 耐火材料的制約

由于回轉(zhuǎn)窯窯本體選用的耐火材料為磷酸鹽復(fù)合磚，其荷重軟化溫度在1 350℃，而石礦回轉(zhuǎn)窯煅燒帶溫度在1 300～1 350℃，雖然其耐火度較高，達(dá)到了1 770℃，但是其性能指標(biāo)已接近荷重軟化開始溫度，當(dāng)煤氣壓力不穩(wěn)定或操作出現(xiàn)失誤時(shí)，極易出現(xiàn)煤氣量過(guò)大，導(dǎo)致其煅燒帶溫度瞬間升高，瞬間溫度超過(guò)1 350℃，破壞其性能結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致窯內(nèi)襯使用壽命變短。

3.1.2 入爐原料粒度不均勻、含粉率較高

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的成品為冶金石灰，所使用的原料為20 mm～40 mm的石灰石原料，由于受條件的限制，石礦回轉(zhuǎn)窯所用原料大部分從當(dāng)?shù)夭少?gòu)，由于采購(gòu)點(diǎn)較為分散，不可避免地粒度大小不一，同時(shí)含粉量高。入爐原料不均勻，就會(huì)受熱不均，硼料速度降低，這時(shí)操作工藝就需要調(diào)整，導(dǎo)致窯溫的波動(dòng)，也會(huì)使窯內(nèi)襯耐材受到影響。原料含粉量過(guò)高，粉塵在窯內(nèi)遇到水蒸汽（焦?fàn)t煤氣中含有水分）就會(huì)與其結(jié)合，附著在窯內(nèi)壁上，形成結(jié)圈現(xiàn)象。結(jié)圈會(huì)影響石灰質(zhì)量，同時(shí)結(jié)圈后如不及時(shí)停窯處理，圈的厚度增加，圈不斷變長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)需停窯處理，急停急開窯，溫度變換較大，耐火材料即冷即熱容易使其損壞，影響其適用壽命。

3.1.3 熱工制度的影響

回轉(zhuǎn)窯煅燒冶金石灰要求質(zhì)量較高，要求其各項(xiàng)指標(biāo)保持穩(wěn)定，當(dāng)窯頭窯尾煅燒帶及預(yù)熱器溫度壓力發(fā)生變化時(shí)，各項(xiàng)工藝參數(shù)也須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)各點(diǎn)的溫度發(fā)生較大變化時(shí)，窯的工藝參數(shù)調(diào)整頻繁，溫度變化較為劇烈，耐火材料的理化性能對(duì)溫度變化比較敏感，當(dāng)發(fā)生劇烈的溫度波動(dòng)時(shí)，高溫?zé)嵴饡?huì)使耐材產(chǎn)生開裂、失性等現(xiàn)象。當(dāng)頻繁的停窯開窯，即冷即熱更會(huì)使窯的溫度波動(dòng)劇烈，由此產(chǎn)生的熱震應(yīng)力更會(huì)使耐火材料的理性指標(biāo)發(fā)生明顯變化，縮短其使用壽命。

同時(shí)，由于停窯后重新開窯未按照制定的升溫曲線對(duì)窯進(jìn)行操作，升溫的速度及窯體轉(zhuǎn)動(dòng)頻率未能有效控制，耐材未能實(shí)現(xiàn)均勻膨脹，這也縮短了耐材的使用壽命。

3.1.4 風(fēng)氣配比的制約

回轉(zhuǎn)窯煅燒使用的燃料為純焦?fàn)t煤氣，當(dāng)進(jìn)入窯內(nèi)的焦?fàn)t煤氣和助燃風(fēng)混合后燃燒，90%的熱量經(jīng)熱輻射傳給窯內(nèi)壁，窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)使窯內(nèi)物料充分受熱分解。如果風(fēng)氣比例失衡，煅燒溫度就會(huì)受到影響。如果助燃風(fēng)的比例過(guò)大，煤氣能充分燃燒，但過(guò)剩風(fēng)會(huì)帶走一部分熱量，使燃燒溫度達(dá)不到所需溫度（≥1 300℃），影響冶金石灰的質(zhì)量。煤氣比例過(guò)大，因?yàn)槊簹鉀](méi)有完全燃燒，熱能不能充分釋放，使窯內(nèi)負(fù)壓減小，氣流不暢通。風(fēng)氣比例的失衡會(huì)使窯的各點(diǎn)溫度發(fā)生較大的變化，從而破壞耐材的理性指標(biāo)，導(dǎo)致其使用壽命縮短。

3.2 采取措施

石礦經(jīng)過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)窯以往運(yùn)行的情況認(rèn)真分析，并對(duì)國(guó)內(nèi)同類型規(guī)格的窯運(yùn)行情況的借鑒參考，采取了以下措施。

3.2.1 更換耐火材料

由于窯內(nèi)襯的耐火材料磷酸鹽復(fù)合磚使用效果不夠理想，使用壽命雖然達(dá)到設(shè)計(jì)期限，但是頻繁修補(bǔ)停窯導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅提高，給生產(chǎn)組織帶來(lái)極大不便。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，根據(jù)操作工藝的特性，石礦將窯內(nèi)襯耐火材料改為如下材質(zhì)：從窯頭到窯尾依次為鎂鋁尖晶石和高鋁質(zhì)耐火磚、高鋁質(zhì)耐火磚和輕質(zhì)高鋁隔熱磚。其理化指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 理化指標(biāo)

煅燒帶采用鎂鋁尖晶石，由于鎂鋁尖晶石的荷重軟化溫度遠(yuǎn)高于煅燒帶溫度，高于磷酸鹽復(fù)合磚的荷重軟化溫度，能更久經(jīng)受高溫的煅燒。

3.2.2 嚴(yán)把入爐原料關(guān)

為確保精料入爐，石礦采取了種種措施。為防止粒度大小不均，石礦加大了對(duì)原料的監(jiān)管，抽調(diào)技術(shù)人員對(duì)采購(gòu)原料進(jìn)行檢查，不合格的原料堅(jiān)決不收。同時(shí)，對(duì)原料入爐處的篩子進(jìn)行更換，由條篩改為格篩，并對(duì)其尺寸進(jìn)行了調(diào)整，并將進(jìn)預(yù)熱器前的二次篩分的條篩進(jìn)行更換，增加其二次篩分能力，減少入爐原料的含粉量。

3.2.3 合理調(diào)整風(fēng)氣配比

由于風(fēng)氣配比不合適，石礦對(duì)燃燒系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了檢查，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，需對(duì)燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。燒嘴的主要作用為控制進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的一次風(fēng)和煤氣流量，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 燒嘴結(jié)構(gòu)圖

從內(nèi)到外依次為：旋轉(zhuǎn)流、直進(jìn)流、分割流和最外流。以往回轉(zhuǎn)窯一次風(fēng)通道過(guò)流面積小，一次風(fēng)壓為15 kPa時(shí)，風(fēng)流量?jī)H為5 000 m3/h,導(dǎo)致一次風(fēng)不足，火焰形狀難以調(diào)節(jié)，窯的熱平衡不穩(wěn)定。燒嘴具體調(diào)整是：壓縮旋轉(zhuǎn)流直徑，增加并確定最佳的最外流直徑，使一次風(fēng)與煤氣流量的比例能夠更加合理。燒嘴最外流直徑調(diào)整到25 mm時(shí)，最大一次風(fēng)量調(diào)整能達(dá)到7 500 m3/h，最大煤氣量也能達(dá)到11 000 m3/h，符合工藝要求。同時(shí)，提高了燃嘴的燃燒性能和穿透力，調(diào)整風(fēng)氣配比更加方便。

為給參數(shù)調(diào)整提供可靠的數(shù)據(jù)，石礦在窯尾部位加裝廢氣分析儀，隨時(shí)對(duì)尾氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。廢氣中可燃?xì)怏w含量控制在1%以內(nèi)，氧氣含量控制在0.7%～2.5%之間，根據(jù)此原則隨時(shí)對(duì)風(fēng)氣配比進(jìn)行調(diào)整。為保證風(fēng)氣配比調(diào)整合理，在同一產(chǎn)量的情況下，對(duì)風(fēng)氣配比進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析研究，科學(xué)合理地逐步增大一次風(fēng)量，有步驟地降低二次風(fēng)量。最后把風(fēng)氣配比定為5：1～6：1，一次風(fēng)占總風(fēng)量10%～15%，自然風(fēng)為5%，二次風(fēng)占80%～85%。風(fēng)氣配比更加合理，從而實(shí)現(xiàn)了快速煅燒，工藝參數(shù)也趨于穩(wěn)定。

3.2.4 穩(wěn)定熱工制度

在停窯檢修，重新開窯前，制定嚴(yán)格的開窯計(jì)劃，設(shè)計(jì)合理的升溫曲線。操作人員充分檢查好設(shè)備情況，確保設(shè)備無(wú)故障后，再嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行點(diǎn)火開窯，窯運(yùn)行穩(wěn)定前嚴(yán)格按升溫曲線進(jìn)行操作，避免了給窯內(nèi)襯帶來(lái)的不利影響。

在日常生產(chǎn)操作中，操作人員必須嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)，使其保持一定的穩(wěn)定性與連續(xù)性，不要因有較大的波動(dòng)而造成溫度的劇烈波動(dòng)，使熱工制度穩(wěn)定。

4 實(shí)踐效果

經(jīng)過(guò)更換窯內(nèi)襯耐火材料，嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)，提供穩(wěn)定的熱工制度，合理調(diào)配風(fēng)氣配比等措施后，石礦回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行穩(wěn)定，冶金石灰質(zhì)量指標(biāo)完全滿足用戶的要求，從采取措施后至今，停窯檢修時(shí)未發(fā)現(xiàn)有耐火磚脫落的情況，結(jié)圈周期也由原來(lái)的3個(gè)月延長(zhǎng)到9個(gè)月，耐火材料已使用兩年多，大大超過(guò)了設(shè)計(jì)期限。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取更換耐火材料、嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)、調(diào)整回轉(zhuǎn)窯風(fēng)氣配比、穩(wěn)定熱工制度等一系列提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的措施，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐材使用壽命得到較大提高，有效地降低了冶金石灰的生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期目的。

[1]初建民.冶金石灰生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：124-126.

[2]徐利華.熱工基礎(chǔ)與工業(yè)窯爐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：105-107.

Practice of Prolonging Rotary Kiln Lining Service Life

Ren Zhengkui

The author analyzes in detail the factors restraining the service life of rotary kiln lining of Lime Quarry according to actual situation,in order to solve the lingering problem of short lining life since start-up.Measures of exchanging refractory, strict control over raw material quality and adjusting the air and gas ratio of the kiln achieved the anticipated goal that the lining life was prolonged substantially and economic benefit increased.

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（收稿 2011-10-21責(zé)編潘娜）

任正奎，工程師，2002年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)石灰石礦工作。